JPH10318819A - 液面センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設置が容易で、しかも、複数箇所の液面の検
出が可能な液面センサを提供する。 【解決手段】 管状ケース１の内面の一部にプリズム部
１Ａを軸方向に沿って形成させる一方、プリズム部にそ
れぞれ対向するように少なくとも１本以上の発光側光フ
ァイバの出射端２Ａ及び受光側光ファイバの入射端２Ｂ
を管状ケースの外表面上、軸方向に沿って配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数箇所の液体の
液面を検出することが可能な液面センサに関するもので
ある。

【０００２】

【従来技術】従来、液面センサとして、発光用及び受光
用光ファイバの一端部に全反射プリズムを連設した液面
センサが知られている（特開昭６１−６８５１８号公
報）。

【０００３】また、プリズム反射面を軸方向に沿って、
軸側面に設けるとともに、プリズム反射面にそれぞれ対
向するように発光素子および受光素子を配置した液面セ
ンサも知られている（実開昭６４−８６３６号公報）。

【０００４】しかしながら、このような従来の液面セン
サは、１ヶ所の液面レベル検出用であり、複数箇所以上
の液面レベルを検知する様には設計されていないので、
例えば、液面レベルを数段階にレベル表示する場合に
は、複数個の上記の液面センサを取付けステー等を介し
て個々に取付けなければならず、取付け作業が厄介であ
り、スペース的にも、かさばってしまうという問題があ
った。また、発光素子、受光素子をプリズム部に配置す
る方式では耐熱上の問題も有った。

【０００５】さらに、上記の従来の液面センサでは、プ
リズム反射面での光の反射・屈折だけにより検出してい
るので、検出する液体が白色の場合、検出が確実に行な
えないという問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、か
かる従来の問題点を解決し、設置が容易で、しかも複数
箇所の液面の検出が可能な、液面センサを提供すること
を課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明は、管状ケースの内側で液面
を検出する装置であり、管状ケースの内面の一部に軸方
向に延在するプリズム部を形成させるとともに、プリズ
ム部にそれぞれ対向するように、少なくとも１本以上の
発光側光ファイバの出射端および受光側光ファイバの入
射端を管状ケースの外表面上、軸方向に沿って配置した
ことを特徴とするものである。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１とは反
対に、管状ケースの外側で液面を検出する装置であり、
管状ケースの外表面の一部にプリズム部を軸方向に沿っ
て形成させるとともに、プリズム部にそれぞれ対向する
ように、少なくとも１本以上の発光側光ファイバの出射
端および受光側光ファイバの入射端を管状ケースの内面
上、軸方向に沿って配置したことを特徴とするものであ
る。

【０００９】請求項３に記載の発明は、白色の液体の液
面検出を可能とする装置で、請求項１または請求項２に
記載の発明において、プリズム部の一部に発光側光ファ
イバの出射端から受光側光ファイバの入射端へ至る光路
を遮断するためのスリットを設けたことを特徴とするも
のである。

【００１０】請求項４に記載の発明は、プリズム部にス
リットを設けることなく白色の液体の液面検出を可能と
する別の装置であり、管状ケースの軸方向に沿って形成
されたプリズム体を管状ケースの内周に密接配置させる
事により、発光側光ファイバの出射端から受光側光ファ
イバの入射端へ至る光路を遮断するスリットを形成させ
るとともに、プリズム体にそれぞれ対向するように、少
なくとも１本以上の発光側光ファイバの出射端および受
光側光ファイバの入射端を管状ケースの外表面上、軸方
向に沿って配置したことを特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を説
明する。図１は、本発明の液面センサの一例を示す縦断
面図。図２は、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。１は管
状ケース、１Ａは管状ケースの内面の一部に形成された
プリズム部であり、２面が互いに直角に交差していて、
交差稜線が管状ケース１の軸に沿って平行に形成されて
いる。２Ａは発光側光ファイバの出射端、２Ｂは受光側
光ファイバの入射端、３は光ファイバ固定具である。

【００１２】図１では、４ヶ所の液面レベルを検出する
ため、管状ケースの外表面、軸方向に沿って４対の光フ
ァイバ端部（４本の発光側光ファイバの出射端２Ａと４
本の受光側光ファイバの入射端２Ｂ）を設けてある。

【００１３】次に、図１において、下から２段目の液面
レベルを検出するために設けられた１対の光ファイバ端
部（１本の発光側光ファイバの出射端と１本の受光側光
ファイバの入射端）近傍のＡ−Ａ矢視断面図である図２
を基に、液面の検出方法について説明する。

【００１４】まず、管状ケースの内面に液体が入ってい
ない場合には、図２から分かる様に、発光部（図示せ
ず）からの光は、発光側光ファイバの出射端２Ａから出
た光は、管状ケース１の屈折率が管状ケース１の内部の
空気の屈折率より大きいので、管状ケース１の内面に設
けられている発光側のプリズム部１Ａで全反射し、９０
度進路を変える。次に、発光側のプリズム部１Ａで全反
射した光は、今度は受光側のプリズム部１Ｂで同様に全
反射し、また９０度進路を変え、受光側光ファイバの入
射端２Ｂに入射した後、受光部（図示せず）に入射す
る。つまり、点線で示された発光側光ファイバの出射端
２Ａから受光側光ファイバの入射端２Ｂへ至る光路Ｌが
形成される。

【００１５】ところが、管状ケースの内面に液体が入っ
ている場合には、発光側光ファイバ出射端２Ａから出た
光は、管状ケース１の内部が、空気から液体に変わった
事による屈折率の変化により、発光側光ファイバの出射
端２Ａからでた光は、発光側のプリズム部１Ａで全反射
せず、図に示す様にｍの方向に向かって屈折してしま
い、受光側光ファイバの入射端２Ｂには入射しなくな
る。つまり、今度は前記した様な発光側光ファイバの出
射端２Ａから受光側光ファイバの入射端２Ｂへ至る光路
Ｌが形成されなくなる。

【００１６】ここで、図１の管状ケース１の軸方向に沿
って、他の位置に設けられている発光側光ファイバの出
射端２Ａ及び受光側光ファイバの入射端２Ｂにおいて
も、まったく同様の方法で検出を行なっている。

【００１７】従って、４ヶ所有る受光側光ファイバの入
射端２Ｂへの光の入射の有無を個々に調べることによっ
て、４ヶ所での液面のレベルの検出が可能となる。

【００１８】ここでは、４ヶ所の液面レベルを検出する
例を示したが、検出したい液面レベルの数と等しい数の
発光側光ファイバの出射端２Ａ及び受光側光ファイバの
入射端２Ｂを設ければ、任意の数の液面レベルの検出が
可能である。

【００１９】管状ケース１の内面に一体的に形成したプ
リズム部１Ａは射出成形、あるいは押出し成形加工等任
意の加工方法により作成する事ができる。

【００２０】プリズム部の材質としては、透明な、例え
ば、ガラス、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、
ポリカーボネイト、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂等があ
げられる。耐熱性・耐薬品性が要求される用途において
は、用途に応じて材質を選択すればよい。

【００２１】管状ケース１の形状としては、特に制限は
なく、断面が円形、方形等各種形状が選択できる。

【００２２】また、管状ケース１の寸法についても、特
に制限はないが、外径５ｍｍ〜５０ｍｍ、内径４ｍｍ〜
４５ｍｍの円筒状が特に好ましい。長さは、測る液面の
高さにより決定される。

【００２３】なお、プリズム部については、頂角９０度
で、２辺の寸法は３ｍｍ〜１０ｍｍ程度が特に好まし
い。

【００２４】次に、発光側及び受光側光ファイバは、光
ファイバが主材となっており、外径２．２ｍｍ（クラッ
ド径１ｍｍ）のコアがＰＭＭＡ樹脂、クラッドがフッ化
アクリレート樹脂、シースがポリエチレンのプラスチッ
ク光ファイバ、あるいは外径２．２ｍｍ（クラッド径２
３０μｍ）のＨＰＣＦ（ハードプラスチッククラッドフ
ァイバ）、コアが石英ガラス外径２００ミクロン、クラ
ッドがフッ化アクリレート樹脂、外径２３０ミクロン、
シースがフッ素樹脂、外径５００ミクロン、補強剤がケ
ブラー、外部被覆部材が塩化ビニル等が用いられる。特
に、耐熱性が要求される用途では、耐熱用光ファイバを
使用すれば良い。

【００２５】次に、図３のプリズム部の一部にスリット
１Ｂを設けた場合について説明する。白色の液体の液面
検出を行なう場合、白色の液体は通常の液体より反射率
が大きいので、プリズム部１Ａで乱反射が起きてしま
い、液体が入っている時でも、発光側光ファイバの出射
端２Ａからの光のほとんどが受光側光ファイバの入射端
２Ｂに入射し液体が無い場合と同じ状態となり、誤検知
してしまう。

【００２６】そこで、図３に示す様に、プリズム部１Ａ
の発光側光ファイバの出射端２Ａから受光側光ファイバ
の入射端２Ｂに至る光路Ｌの一部にスリットを設け、こ
のスリットにより光の透過光の有無を検知する。

【００２７】こうすることにより、白色の液体の場合に
おいても、スリット１Ｂにより透過光の減衰が起き、発
光側光ファイバの出射端２Ａから出た光は、受光側光フ
ァイバの入射端２Ｂへ到達しなくなる。つまり、発光側
光ファイバの出射端２Ａから受光側光ファイバの入射端
２Ｂへ至る光路Ｌが形成されなくなり、白色の液体の検
出が可能となる。以上の様に、図３ではプリズム部１Ａ
での光の反射・屈折を利用した光の検出に加えて、スリ
ット部で光の透過光を検出するという二重の検出によっ
て、確実に白色の液体の液面検出が可能となったのであ
る。

【００２８】ここで、スリット１Ｂの幅は、１ｍｍ〜５
ｍｍ程度が特に好ましく、深さについても、１ｍｍ〜１
０ｍｍ程度が特に好ましい。

【００２９】なお、図３では、スリット１Ｂをプリズム
１Ａの頂角部に設けたが、発光側光ファイバの出射端２
Ａから受光側光ファイバの入射端２Ｂへ至る光路Ｌの一
部であれば、これ以外の任意の場所に設けても良い。ス
リットの数についても、任意の数が選択可能である。

【００３０】次に、図４の別の実施例について説明す
る。この場合は、図２とは反対に、発光側光ファイバの
出射端２Ａ及び受光側光ファイバの入射端２Ｂを管状ケ
ース１の内側に設け、プリズム部１Ａを管状ケースの外
側に設けてある。

【００３１】従って、管状ケース１の外面で液面の検出
を行なうことになる。検出原理等は、図２の実施例と同
様なので省略する。

【００３２】この場合にも、白色の液体ではプリズム部
１Ａで乱反射が起き、検出が不確実なので、図３と同
様、プリズム部１Ａの光路の一部にスリットを設ける必
要がある。

【００３３】次に、図５のさらに別の実施例について説
明する。この場合には、管状ケース１とは別体のプリズ
ム体１Ｃを図５に示す様に、管状ケースの内面、図の１
Ｅの２ヶ所で接触させている。もちろん、プリズム体１
Ｃの軸と管状ケース１の軸は平行に配置しておく必要が
ある。

【００３４】こうする事によって、プリズム体１Ｃと管
状ケース１とにより、スリット１Ｄが形成される。そし
て、このスリット１Ｄは、光路Ｌの一部分となってお
り、図３のスリット１Ａと同様の役割を果たす。

【００３５】つまり、この場合には、プリズム体に、わ
ざわざスリットを設けなくても簡単な方法で、白色の液
体の検出も可能となる。

【００３６】最後に、本発明の液面センサの取付け・設
置方法について図６あるいは、図７を用いて説明する。
図６は、管状ケースの内面で液面を検出する図２、図
３、図５のいずれかの液面センサを用いて、４ヶ所の液
面検出を行なった場合の取付け・設置状態を示す図であ
る。液面センサは光源（発光部）及び受光部を有してい
ないので、図示した様に、外部に別途、光源及び受光部
が設けられている。なお、光源、受光部と液面センサ間
は発光用及び受光用光ファイバで接続されている。従っ
て、光源からの光は発光側光ファイバを経由し、液面セ
ンサの発光側光ファイバの出射端３Ａへ伝達される。一
方、液面センサの受光側光ファイバの入射端３Ｂで受光
した光は、受光側光ファイバを経由して、受光部へ入光
する。その後、外部に有る受光部に接続された表示部に
て検出した受光信号に応じた液面レベルが表示される。
同図において、リード線は光源及び受光部に給電した
り、あるいは受光部で検出した液面検出信号を表示部に
伝え、液面のレベル表示を行なうためのものである。こ
こで、タンクの上下にある２本の導液パイプはタンク内
の液を液面センサの管状ケース内へ導くためのものであ
る。

【００３７】同図から明らかな様に、２本の導液パイプ
の片側は、タンクの上下２ヶ所に設けられた、導液パイ
プ接続用穴に接続し、反対側は、液面センサの管状ケー
スの上下２ヶ所と接続すれば良い。ただし、この場合タ
ンク２ヶ所に導液パイプのための穴あけ加工が必要とな
る。

【００３８】センサ側とは反対の発光側光ファイバの入
射端及び受光側光ファイバの出射端は、外部に設けられ
た光源及び受光部と接続されている。

【００３９】次に、図７は、管状ケースの外側で液面を
検出する図４の液面センサを用いて、４ヶ所の液面検出
を行なった場合の取付け・設置状態を示す図である。

【００４０】この場合には、液面センサは図示した様
に、タンク内の液に浸漬させるだけで液面の検出が可能
であり、タンクの端にたて掛けたり、あるいはタンクの
上フタ等につり下げるだけで良いので設置が非常に楽で
ある。また、この場合にはタンクに穴あけ加工等も不要
である。

【００４１】以上、説明した様に、管状ケースの内部ま
たは外部に光ファイバ固定具を介して発光側及び受光側
光ファイバの端部を取付ける構成としたので、検知した
い液面位置、液面箇所の数に応じて、各種の応用が可能
である。

【００４２】

【発明の効果】本発明の液面センサによれば、設置が容
易で、しかも、複数箇所の液面の検出ができる。さら
に、白色の液体であっても、確実に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液面センサの一例を示す縦断面図であ
る。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図３】図２において光路の一部にスリットを設けた実
施例を示す横断面図である。

【図４】管状ケースの外面にプリズム部を設けた別の実
施例を示す横断面図である。

【図５】管状ケースの内側に別体のプリズム体を設け
た、さらに別の実施例を示す横断面図である。

【図６】本発明の液面センサの取付け・設置状態を示す
概略図である。

【図７】図４に示した本発明の液面センサの取付け・設
置状態を示す概略図である。

【符号の説明】

１ 管状ケース １Ａ プリズム部 １Ｂおよび１Ｄ スリット １Ｃ プリズム体 ２Ａ 発光側光ファイバの出射端 ２Ｂ 受光側光ファイバの入射端 ３ 光ファイバ固定具 Ｌ 光路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管状ケースの内面の一部に、プリズム部
   を軸方向に沿って形成させるとともに、該プリズム部に
   それぞれ対向するように、少なくとも１本以上の発光側
   光ファイバの出射端および受光側光ファイバの入射端を
   該管状ケースの外表面上、軸方向に沿って配置したこと
   を特徴とする液面センサ。
2. 【請求項２】 管状ケースの外表面の一部に、プリズム
   部を軸方向に沿って形成させるとともに、該プリズム部
   にそれぞれ対向するように、少なくとも１本以上の発光
   側光ファイバの出射端および受光側光ファイバの入射端
   を、該管状ケースの内面上、軸方向に沿って配置したこ
   とを特徴とする液面センサ。
3. 【請求項３】 プリズム部の一部に、発光側光ファイバ
   の出射端から受光側光ファイバの入射端へ至る光路を遮
   断するためのスリットを設けた請求項１または請求項２
   記載の液面センサ。
4. 【請求項４】 管状ケースの軸方向に沿って形成された
   プリズム体を該管状ケースの内周に密接配置させる事に
   より、発光側光ファイバの出射端から受光側光ファイバ
   の入射端へ至る光路を遮断するスリットを形成させると
   ともに、該プリズム体にそれぞれ対向するように、少な
   くとも１本以上の発光側光ファイバの出射端および受光
   側光ファイバの入射端を、該管状ケースの外表面上、軸
   方向に沿って配置したことを特徴とする液面センサ。